JP3680366B2 - Imaging device - Google Patents

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    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10FINORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F39/00Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one element covered by group H10F30/00, e.g. radiation detectors comprising photodiode arrays
    • H10F39/80Constructional details of image sensors

Landscapes

  • Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)
  • Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、撮像装置に関し、特に光電変換によって得られる画素情報を画素単位で読み出すことが可能なX‐Yアドレス型固体撮像素子を用いた撮像装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
X‐Yアドレス型固体撮像素子の一種である増幅型固体撮像素子では、画素そのものに増幅機能を持たせるために、MOS構造等の能動素子(MOSトランジスタ)を用いて画素を構成している。この増幅型固体撮像素子の従来例を図8に示す。図8において、画素トランジスタ81が行列状に多数配列され、各画素トランジスタ81のゲート電極が行単位で垂直選択線82に接続され、各ソース電極が列単位で垂直信号線83に接続され、さらに各ドレイン電極には電源電圧VDが印加されている。各垂直選択線82は、垂直スキャナ84の出力端に接続されている。
【0003】
各垂直信号線83は、動作スイッチであるNchMOSトランジスタ85のドレイン電極に接続されている。このMOSトランジスタ85のソース電極は、負荷容量86の一端に接続されるとともに、水平スイッチであるNchMOSトランジスタ87のドレイン電極に接続され、そのゲート電極には、動作パルスφOPが印加される。負荷容量86の他端は接地されている。MOSトランジスタ87のソース電極は水平信号線88に接続され、そのゲート電極は水平走査回路89の出力端に接続されている。水平信号線88の一端は、出力端子90に接続されている。
【0004】
上記構成の増幅型固体撮像素子において、入射光は画素トランジスタ81にてその光量に応じた電荷量の信号電荷に光電変換される。画素トランジスタ81からの入射光量に応じた信号は、垂直信号線83を経て動作スイッチであるMOSトランジスタ85を介して負荷容量86に保持される。この保持された信号は、水平走査回路89によって制御される水平スイッチであるMOSトランジスタ87を介して水平信号線88に出力され、さらにこの水平信号線88を通して出力端子90から外部へ導出される。
【0005】
このような増幅型固体撮像素子では、光電変換によって単位画素に蓄積された信号電荷に対してほぼ線形な出力信号が得られ、単位画素の蓄積できる信号電荷量によって撮像素子のダイナミックレンジが決定されてしまう。図9は、撮像素子の入射光量と出力信号量の関係を示す入出力特性図である。この入出力特性図から明らかなように、撮像素子のダイナミックレンジは、画素の飽和信号量とノイズレベルで決まってしまう。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、従来の増幅型固体撮像素子では、単位画素の蓄積できる信号電荷量は、単位画素の大きさに応じて限界があることから、低輝度の被写体にカメラレンズの絞りを合わせると高輝度の被写体の信号は飽和してしまい、逆に高輝度の被写体にカメラレンズの絞りを合わせると低輝度の被写体の信号はノイズに埋もれてしまうため、画像認識等に要求されるダイナミックレンジを得ることができなかった。
【0007】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、入射光量対出力信号量のダイナミックレンジを飛躍的に拡大することが可能な固体撮像素子を用いた撮像装置を提供することにある。
【0009】
本発明による撮像装置では、蓄積時間が異なる複数行の画素に基づく複数の出力信号を得る固体撮像素子を用い、この固体撮像素子からの複数の出力信号のうち、映像信号として後で走査される行の第1の出力信号を、前記第1の出力信号と同じ行から前記第1の出力信号よりも遅れて出力される第2の出力信号に時間を合わせる同時化を行いかつ同時化後の前記第1の出力信号と前記第2の出力信号とを加算して出力する構成となっている。
【0010】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。図1は、本発明に係る固体撮像素子を示す構成図である。図1において、画素トランジスタ(本例では、NchMOSトランジスタを示す)11が行列状に多数配列され、各画素トランジスタ11のゲート電極が行単位で垂直選択線12に接続され、各ソース電極が列単位で垂直信号線13に接続され、さらに各ドレイン電極には電源電圧VDが印加されている。各垂直選択線12は、垂直走査回路14および電子シャッタ走査回路15の出力端に接続されている。
【0011】
垂直走査回路14はシフトレジスタ等で構成されており、垂直走査しつつ各ラインごとに画素情報を順に読み出すために、各垂直選択線12に対して垂直選択パルスφV(…,φVm,…,φVp,…)を与える。電子シャッタ走査回路15も同様にシフトレジスタ等で構成されており、各ラインごとに画素の蓄積時間を制御するためのものである。
【0012】
各垂直信号線13は、動作スイッチ(第1のスイッチ手段)である例えば2つのNchMOSトランジスタ16,17の各ドレイン電極に接続されている。これらMOSトランジスタ16,17は同一サイズに形成されており、その各ゲート電極には動作パルスφOP1,φOP2が印加される。MOSトランジスタ16,17の各ソース電極は、記憶手段である2つの負荷容量18,19の各一端に接続されるとともに、水平スイッチ(第2のスイッチ手段)である2つのNchMOSトランジスタ20,21の各ドレイン電極に接続されている。負荷容量18,19の各他端は共に接地されている。
【0013】
MOSトランジスタ20,21の各ソース電極は水平信号線22,23にそれぞれ接続され、各ゲート電極は水平走査回路24の出力端に共通に接続されている。この水平走査回路24はシフトレジスタ等で構成され、MOSトランジスタ20,21を導通状態にし、負荷容量18,19の各一端を水平信号線22,23に接続するために、MOSトランジスタ20,21の各ゲート電極に対して水平走査パルスφH(…,φHn,φHn+1,…)を与える。水平信号線22,23の各一端は、出力端子25,26にそれぞれ接続されている。以上により、増幅型固体撮像素子10が構成されている。
【0014】
次に、上記構成の増幅型固体撮像素子10の動作について、図10のタイミングチャートを用いて説明する。
先ず、垂直走査期間にほぼ近い時間だけ蓄積したφVm行の垂直選択線12の画素トランジスタ11を、ある水平ブランキング期間に垂直信号線13から動作スイッチであるMOSトランジスタ16を介して読み出して負荷容量18に信号電圧として保持する。そして、読み出しが終わったφVm行の垂直選択線12の画素トランジスタ11については、当該画素トランジスタ11に蓄積した信号電荷をリセットする。なお、画素のリセットは、基板パルスφSUBが基板に印加されることによって行われる。また、画素の蓄積時間の制御は、電子シャッタ走査回路15によって行われる。
【0015】
次に、同じ水平ブランキング期間に例えば1/1000秒前に一度読み出されてリセットされたφVp行の垂直選択線12の画素トランジスタ11の信号を、垂直信号線13からMOSトランジスタ17を介して負荷容量19に読み出して信号電圧として保持する。読み出しが終わったφVp行の垂直選択線12の画素トランジスタ11については、当該画素トランジスタ11に蓄積した信号電荷をリセットする。すると、垂直走査期間をいま仮に1/60秒であるとすると、負荷容量18,19にはそれぞれ(1/60−1/1000)秒と1/1000秒の蓄積時間の信号が保持される。これらの信号をそれぞれL信号、S信号と称することにする。
【0016】
この負荷容量18,19に保持されたL,S信号は、水平スイッチであるMOSトランジスタ20,21を介して水平信号線22,23に出力され、さらに出力端子25,26を通して出力信号OUT1,OUT2としてそれぞれ外部へ導出される。ここで、入射光量に対する出力信号OUT1,OUT2の各信号量の関係を図示すると図2に示すようになる。すなわち、出力信号OUT1は従来例の場合と同等の入射光量R1で飽和してしまうのに対し、もう一方の出力信号OUT2は入射光量R2まで飽和しない。
【0017】
このように、1本の垂直信号線13に対して例えば2つの負荷容量18,19を設け、蓄積時間が異なる複数行の画素から出力される信号を、垂直信号線13を通してMOSトランジスタ16,17によって読み出して負荷容量18,19に記憶させる一方、負荷容量18,19に記憶された信号をMOSトランジスタ20,21によって水平信号線22,23を通して出力する構成としたことで、単一の固体撮像素子10から同時に蓄積時間の異なる出力信号OUT1,OUT2が得られる。したがって、従来の固体撮像素子では画素が飽和してコントラストの得られない映像信号がもう一方の端子から出力され、別々の端子からではあるが非常に広い範囲の入射光量に対してコントラストのある信号が得られる。
【0018】
なお、本実施形態では、1本の垂直信号線13に対して2つの負荷容量18,19を設けるとしたが、2つに限られるものではなく、3つ以上設けることも可能である。この場合、動作スイッチおよび水平スイッチについても同じ数だけ設ける必要がある。
【0019】
また、図1の構成の固体撮像素子10においては、出力信号OUT1,OUT2として、異なる行の画素からの信号が同時に導出されることになるため、表示や画像処理等をする場合に都合が悪い。これに対処できるようにしたのが、本発明による撮像装置である。
【0020】
図3は、本発明による撮像装置の一実施形態を示すブロック図である。図3において、固体撮像素子10から出力される、映像信号として後で走査される行の画素信号(図1の説明では、出力信号OUT1)をFIFO(First In First Out)のN行分のラインメモリ31を通すことにより、出力信号OUT1と同一の行でかつ出力信号OUT1よりも遅れて出力される出力信号OUT2に時間を合わせ(同時化)、その後この同時化された出力信号OUT1,OUT2を加算器32で加算する構成の信号処理回路30を用いる。
【0021】
ここで、ラインメモリ31の容量としては、図1の構成の場合は、(m−p)行分だけあれば良い。このことは、図1で説明したように、蓄積時間を短くしたφVp行について、蓄積時間の長いφVm行よりも先に走査されるように設定しておけば、メモリの容量が少なくて済むことを意味している。何故ならば、φVp行の蓄積時間はφVm行との行差と水平走査時間の積で表されるため、先に走査されるφVp行の蓄積時間を短く設定すればφVp行とφVm行との行差が少なくなり、結果的にメモリの容量が少なくなるからである。
【0022】
このように、映像信号として後で走査される行の画素信号であるL信号(出力信号OUT1)をラインメモリ31に記憶し、もう一度同じ行の画素信号がS信号(出力信号OUT2)として出力されたら、L信号とS信号を加算して映像信号として出力することにより、図4に示すような入射光量対出力信号量の関係が得られる。その結果、図4の入出力特性図から明らかなように、入射光量R1を境に感度が変化して非線形の関係になるものの、入射光としてのダイナミックレンジが飛躍的に拡大する。
【0023】
ところで、どのような固体撮像素子においても、画素の飽和信号量にバラツキがあることから、出力信号OUT1と出力信号OUT2とを単純に加算すると、図4の光量R1〜R2の範囲で画素の飽和信号量のバラツキがそのまま映像に現れてしまう。すなわち、光量R1〜R2の範囲では、出力信号OUT1は画素の飽和信号量のバラツキとなるので、加算信号(OUT1+OUT2)は出力信号OUT1の飽和信号量のバラツキ、即ち固定パターンノイズの上に出力信号OUT2が重畳された非常にSN比の悪い信号となってしまう。
【0024】
本発明による撮像装置の他の実施形態では、これに対処できるような構成となっている。図5はその構成を示すブロック図であり、図中、図3と同等部分には同一符号を付して示してある。この実施形態に係る信号処理回路30では、上述した画素の飽和信号量のバラツキを取り除くために、固体撮像素子10の出力信号OUT1の出力端とラインメモリ31との間にクリップ回路33を、さらに出力信号OUT2の出力端と加算器32との間にクリップ回路34をそれぞれ挿入した構成となっている。
【0025】
ここに、クリップ回路33,34とは、ある一定以上の信号をその一定値で置き換える回路であり、そのある一定値としては、バラツキを持つ画素の飽和信号量のうち最も小さい値よりも小さくとるように設定する。なお、出力信号OUT2側にもクリップ回路34を挿入するとしたが、図4の入出力特性から明らかなように、出力信号OUT2については入射光量R2までは飽和レベルに達しないことから、それ以上のダイナミックレンジを望まない場合には、クリップ回路34を省略することも可能である。
【0026】
図6に、クリップ回路33,34の入出力特性を示す。かかる入出力特性を持つクリップ回路33,34を挿入することで、出力信号OUT1が画素の飽和レベルに達しても、画素の飽和信号量よりも小さく設定されたクリップレベルでクリップされるため、画素の飽和信号量のバラツキ、即ち固定パターンノイズの影響を受けることがなく、よってSN比の高い映像信号を得ることができる。
【0027】
また、図6に示す線形の入出力特性に代えて、図7に示す非線形の入出力特性をクリップ回路33に持たせることで、図4の入出力特性における入射光量R1での不自然な段差特性を解消し、その入出力特性を滑らかにすることができる。その結果、自然な階調を持つ映像信号を得ることができる。
【0028】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明による撮像装置によれば、蓄積時間が異なる複数行の画素に基づく複数の出力信号を得る固体撮像素子を用い、この固体撮像素子からの複数の出力信号のうち、映像信号として後で走査される行の第1の出力信号を、前記第1の出力信号と同じ行から前記第1の出力信号よりも遅れて出力される第2の出力信号に時間を合わせる同時化を行いかつ同時化後の前記第1の出力信号と前記第2の出力信号とを加算して出力する構成としたことにより、異なる行の画素からの信号が同時に出力されるようなことはないため、表示や画像処理等をする場合にも支障を来すことのない映像信号を得ることができるとともに、入射光量対出力信号量のダイナミックレンジを飛躍的に拡大することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明に係る固体撮像素子を示す構成図である。
【図2】 本発明に係る固体撮像素子の入出力特性図である。
【図3】本発明による撮像装置の一実施形態を示す構成図である。
【図4】本発明による撮像装置の入出力特性図である。
【図5】本発明による撮像装置の他の実施形態を示す構成図である。
【図6】クリップ回路の一例の入出力特性図である。
【図7】クリップ回路の他の例の入出力特性図である。
【図8】従来例を示す構成図である。
【図9】従来例の入出力特性図である。
【図10】 本発明に係る固体撮像素子の動作説明のためのタイミングチャートである。
【符号の説明】
10 固体撮像素子
11 画素トランジスタ
12 垂直選択線
13 垂直信号線
14 垂直走査回路
15 電子シャッタ走査回路
16,17 MOSトランジスタ(動作スイッチ)
18,19 負荷容量
20,21 MOSトランジスタ(水平スイッチ)
22,23 水平信号線
24 水平走査回路
25,26 出力端子
30 信号処理回路
31 ラインメモリ
32 加算器
33,34 クランプ回路
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an imaging apparatus, an imaging apparatus using particularly the X-Y address type solid-state image pickup element capable of reading pixel information obtained by the photoelectric conversion in a pixel unit.
[0002]
[Prior art]
In an amplification type solid-state imaging device which is a kind of XY address type solid-state imaging device, a pixel is configured using an active element (MOS transistor) such as a MOS structure in order to give the pixel itself an amplification function. A conventional example of this amplification type solid-state imaging device is shown in FIG. In FIG. 8, a large number of pixel transistors 81 are arranged in a matrix, the gate electrodes of the pixel transistors 81 are connected to the vertical selection lines 82 in units of rows, the source electrodes are connected to the vertical signal lines 83 in units of columns, A power supply voltage VD is applied to each drain electrode. Each vertical selection line 82 is connected to the output end of the vertical scanner 84.
[0003]
Each vertical signal line 83 is connected to the drain electrode of an NchMOS transistor 85 which is an operation switch. The source electrode of the MOS transistor 85 is connected to one end of the load capacitor 86 and is connected to the drain electrode of the Nch MOS transistor 87 which is a horizontal switch, and an operation pulse φOP is applied to the gate electrode. The other end of the load capacitor 86 is grounded. The source electrode of the MOS transistor 87 is connected to the horizontal signal line 88, and its gate electrode is connected to the output terminal of the horizontal scanning circuit 89. One end of the horizontal signal line 88 is connected to the output terminal 90.
[0004]
In the amplification type solid-state imaging device having the above configuration, incident light is photoelectrically converted by the pixel transistor 81 into a signal charge having a charge amount corresponding to the amount of light. A signal corresponding to the amount of incident light from the pixel transistor 81 is held in the load capacitor 86 via the vertical signal line 83 and the MOS transistor 85 which is an operation switch. The held signal is output to the horizontal signal line 88 through the MOS transistor 87 which is a horizontal switch controlled by the horizontal scanning circuit 89, and is further led out from the output terminal 90 through the horizontal signal line 88.
[0005]
In such an amplification type solid-state imaging device, an output signal that is almost linear with respect to the signal charge accumulated in the unit pixel by photoelectric conversion is obtained, and the dynamic range of the imaging device is determined by the amount of signal charge that can be accumulated in the unit pixel. End up. FIG. 9 is an input / output characteristic diagram showing the relationship between the incident light amount of the image sensor and the output signal amount. As is apparent from this input / output characteristic diagram, the dynamic range of the image sensor is determined by the saturation signal amount of the pixel and the noise level.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, in the conventional amplifying solid-state imaging device, the amount of signal charge that can be stored in a unit pixel is limited depending on the size of the unit pixel. The signal of a high-brightness subject is saturated, and conversely, if the camera lens aperture is adjusted to a high-brightness subject, the signal of the low-brightness subject is buried in noise. Couldn't get.
[0007]
The present invention has been made in view of the above problems, it is an object of image pickup apparatus using a solid-state image pickup element capable of drastically expand the dynamic range of the incident light quantity to output signal amount Is to provide.
[0009]
In the imaging apparatus according to the present invention, a solid-state imaging device that obtains a plurality of output signals based on pixels in a plurality of rows having different accumulation times is used, and a plurality of output signals from the solid-state imaging device are later scanned as video signals. The first output signal of the row is synchronized with the second output signal that is output later than the first output signal from the same row as the first output signal, and is synchronized. The first output signal and the second output signal are added and output.
[0010]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a configuration diagram showing a solid-state imaging device according to the present invention. In FIG. 1, a large number of pixel transistors (in this example, NchMOS transistors are shown) 11 are arranged in a matrix, the gate electrode of each pixel transistor 11 is connected to the vertical selection line 12 in a row unit, and each source electrode is in a column unit. Are connected to the vertical signal line 13, and a power supply voltage VD is applied to each drain electrode. Each vertical selection line 12 is connected to the output terminals of the vertical scanning circuit 14 and the electronic shutter scanning circuit 15.
[0011]
The vertical scanning circuit 14 is composed of a shift register or the like, and in order to sequentially read out pixel information for each line while performing vertical scanning, a vertical selection pulse φV (..., ΦVm,..., ΦVp is applied to each vertical selection line 12. ,…)give. Similarly, the electronic shutter scanning circuit 15 is composed of a shift register or the like, and controls the pixel accumulation time for each line.
[0012]
Each vertical signal line 13 is connected to each drain electrode of, for example, two Nch MOS transistors 16 and 17 which are operation switches (first switch means). These MOS transistors 16 and 17 are formed in the same size, and operation pulses φOP1 and φOP2 are applied to their gate electrodes. The source electrodes of the MOS transistors 16 and 17 are connected to respective one ends of the two load capacitors 18 and 19 that are storage means, and the two Nch MOS transistors 20 and 21 that are horizontal switches (second switch means). Connected to each drain electrode. The other ends of the load capacitors 18 and 19 are both grounded.
[0013]
The source electrodes of the MOS transistors 20 and 21 are respectively connected to the horizontal signal lines 22 and 23, and the gate electrodes are commonly connected to the output terminal of the horizontal scanning circuit 24. The horizontal scanning circuit 24 is constituted by a shift register or the like. The MOS transistors 20 and 21 are connected to the horizontal signal lines 22 and 23 in order to turn on the MOS transistors 20 and 21 and connect one ends of the load capacitors 18 and 19 to the horizontal signal lines 22 and 23. A horizontal scanning pulse φH (..., ΦHn, φHn + 1,...) Is applied to each gate electrode. One ends of the horizontal signal lines 22 and 23 are connected to output terminals 25 and 26, respectively. As described above, the amplification type solid-state imaging device 10 is configured.
[0014]
Next, the operation of the amplification type solid-state imaging device 10 having the above configuration will be described with reference to the timing chart of FIG .
First, the pixel transistor 11 of the vertical selection line 12 in the φVm row that has been accumulated for a time substantially close to the vertical scanning period is read from the vertical signal line 13 through the MOS transistor 16 that is an operation switch during a certain horizontal blanking period, and the load capacitance is read. 18 is held as a signal voltage. Then, for the pixel transistor 11 of the vertical selection line 12 in the φVm row that has been read out, the signal charge accumulated in the pixel transistor 11 is reset. The pixel is reset by applying a substrate pulse φSUB to the substrate. Further, the electronic shutter scanning circuit 15 controls the pixel accumulation time.
[0015]
Next, the signal of the pixel transistor 11 of the vertical selection line 12 in the φVp row that has been read and reset once in the same horizontal blanking period, for example, 1/1000 second before, is transferred from the vertical signal line 13 through the MOS transistor 17. Read to the load capacitor 19 and hold it as a signal voltage. For the pixel transistor 11 of the vertical selection line 12 in the φVp row that has been read, the signal charge accumulated in the pixel transistor 11 is reset. Then, assuming that the vertical scanning period is 1/60 seconds, the load capacitors 18 and 19 hold signals of accumulation times of (1 / 60-1 / 1000) seconds and 1/1000 seconds, respectively. These signals will be referred to as L signal and S signal, respectively.
[0016]
The L and S signals held in the load capacitors 18 and 19 are output to the horizontal signal lines 22 and 23 through the MOS transistors 20 and 21 which are horizontal switches, and further output signals OUT1 and OUT2 through the output terminals 25 and 26. Are respectively derived to the outside. Here, the relationship between the signal amounts of the output signals OUT1 and OUT2 with respect to the incident light amount is illustrated in FIG . That is, the output signal OUT1 is saturated with the incident light amount R1 equivalent to that in the conventional example, while the other output signal OUT2 is not saturated until the incident light amount R2.
[0017]
Thus, for example, two load capacitors 18 and 19 are provided for one vertical signal line 13, and signals output from pixels in a plurality of rows having different accumulation times are transmitted through the vertical signal line 13 to the MOS transistors 16 and 17. Is read out and stored in the load capacitors 18 and 19, while the signals stored in the load capacitors 18 and 19 are output through the horizontal signal lines 22 and 23 by the MOS transistors 20 and 21. Output signals OUT1 and OUT2 having different accumulation times are obtained from the element 10 simultaneously. Therefore, in a conventional solid-state imaging device, a pixel signal that is saturated and a contrast cannot be obtained is output from the other terminal, and a signal that has a contrast with respect to a very wide range of incident light quantity from a different terminal. Is obtained.
[0018]
In this embodiment, the two load capacitors 18 and 19 are provided for one vertical signal line 13, but the number is not limited to two, and three or more may be provided. In this case, it is necessary to provide the same number of operation switches and horizontal switches.
[0019]
Further, in the solid-state imaging device 10 having the configuration shown in FIG. 1, signals from pixels in different rows are derived simultaneously as the output signals OUT1 and OUT2, which is inconvenient for display and image processing. . The image pickup apparatus according to the present invention can cope with this.
[0020]
FIG. 3 is a block diagram showing an embodiment of an imaging apparatus according to the present invention. In FIG. 3, pixel signals (output signal OUT1 in the description of FIG. 1) of rows to be scanned later as video signals output from the solid-state imaging device 10 are lines corresponding to N rows of FIFO (First In First Out). By passing the memory 31, the time is synchronized (synchronized) with the output signal OUT2 that is output in the same row as the output signal OUT1 and later than the output signal OUT1, and then the synchronized output signals OUT1 and OUT2 are A signal processing circuit 30 configured to add by the adder 32 is used.
[0021]
Here, the capacity of the line memory 31 is sufficient for (mp) rows in the configuration of FIG. As described above with reference to FIG. 1, if the φVp row having a shorter accumulation time is set to be scanned before the φVm row having a longer accumulation time, the memory capacity can be reduced. Means. This is because the accumulation time of the φVp row is expressed by the product of the row difference from the φVm row and the horizontal scanning time, so if the accumulation time of the previously scanned φVp row is set short, the φVp row and φVm row This is because the line difference is reduced, resulting in a reduction in memory capacity.
[0022]
In this way, the L signal (output signal OUT1) which is a pixel signal of a row to be scanned later is stored in the line memory 31 as a video signal, and the pixel signal of the same row is output again as an S signal (output signal OUT2). Then, by adding the L signal and the S signal and outputting as a video signal, the relationship between the incident light quantity and the output signal quantity as shown in FIG. 4 is obtained. As a result, as apparent from the input / output characteristic diagram of FIG. 4, although the sensitivity changes with the incident light quantity R1 as a boundary and becomes a non-linear relationship, the dynamic range as incident light is dramatically expanded.
[0023]
By the way, in any solid-state imaging device, there is a variation in the saturation signal amount of the pixel. Therefore, when the output signal OUT1 and the output signal OUT2 are simply added, the saturation of the pixel is within the range of the light amounts R1 to R2 in FIG. The variation in signal amount appears in the video as it is. That is, in the range of the light amounts R1 to R2, the output signal OUT1 has a variation in the saturation signal amount of the pixel. Therefore, the addition signal (OUT1 + OUT2) is an output signal on the variation of the saturation signal amount of the output signal OUT1, that is, the fixed pattern noise This results in a signal with a very poor SN ratio on which OUT2 is superimposed.
[0024]
Another embodiment of the imaging device according to the present invention is configured to cope with this. FIG. 5 is a block diagram showing the configuration. In FIG. 5, the same parts as those in FIG. In the signal processing circuit 30 according to this embodiment, a clip circuit 33 is further provided between the output end of the output signal OUT1 of the solid-state imaging device 10 and the line memory 31 in order to remove the above-described variation in the saturation signal amount of the pixels. A clip circuit 34 is inserted between the output terminal of the output signal OUT2 and the adder 32.
[0025]
Here, the clipping circuits 33 and 34 are circuits that replace a signal of a certain value or more with the certain value, and the certain value is smaller than the smallest value among the saturation signal amounts of the pixels having variations. Set to take. Although the clip circuit 34 is also inserted on the output signal OUT2 side, as is apparent from the input / output characteristics of FIG. 4, the output signal OUT2 does not reach the saturation level until the incident light amount R2, and therefore, the further increase. If the dynamic range is not desired, the clip circuit 34 can be omitted.
[0026]
FIG. 6 shows input / output characteristics of the clip circuits 33 and 34. By inserting the clipping circuits 33 and 34 having such input / output characteristics, even if the output signal OUT1 reaches the saturation level of the pixel, the clipping is performed at the clip level set smaller than the saturation signal amount of the pixel. Therefore, it is possible to obtain a video signal having a high S / N ratio.
[0027]
Further, by providing the clip circuit 33 with the nonlinear input / output characteristics shown in FIG. 7 instead of the linear input / output characteristics shown in FIG. 6, an unnatural step in the incident light quantity R1 in the input / output characteristics of FIG. The characteristics can be eliminated and the input / output characteristics can be smoothed. As a result, a video signal having a natural gradation can be obtained.
[0028]
【The invention's effect】
As described above, according to the imaging device according to the present invention, a solid-state imaging device that obtains a plurality of output signals based on a plurality of rows of pixels having different accumulation times is used, and among the plurality of output signals from the solid-state imaging device, Simultaneously adjusting the time of the first output signal of the row to be scanned later as the video signal to the second output signal output later than the first output signal from the same row as the first output signal By adding the first output signal and the second output signal after synchronizing and outputting the signals, signals from pixels in different rows are output simultaneously. Therefore, it is possible to obtain a video signal that does not hinder display or image processing, and to dramatically expand the dynamic range of the incident light quantity versus the output signal quantity.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram showing a solid-state imaging device according to the present invention.
An input-output characteristic diagram of the solid-state imaging device according to the invention; FIG.
FIG. 3 is a configuration diagram showing an embodiment of an imaging apparatus according to the present invention.
FIG. 4 is an input / output characteristic diagram of the imaging apparatus according to the present invention.
FIG. 5 is a block diagram showing another embodiment of the imaging apparatus according to the present invention.
FIG. 6 is an input / output characteristic diagram of an example of a clip circuit.
FIG. 7 is an input / output characteristic diagram of another example of the clip circuit.
FIG. 8 is a block diagram showing a conventional example.
FIG. 9 is a graph showing input / output characteristics of a conventional example.
FIG. 10 is a timing chart for explaining the operation of the solid-state imaging device according to the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Solid-state image sensor 11 Pixel transistor 12 Vertical selection line 13 Vertical signal line 14 Vertical scanning circuit 15 Electronic shutter scanning circuit 16, 17 MOS transistor (operation switch)
18, 19 Load capacity 20, 21 MOS transistor (horizontal switch)
22, 23 Horizontal signal line 24 Horizontal scanning circuit 25, 26 Output terminal 30 Signal processing circuit 31 Line memory 32 Adder 33, 34 Clamp circuit

Claims (2)

蓄積時間が異なる複数行の画素に基づく複数の出力信号を得る固体撮像素子と、
前記固体撮像素子からの複数の出力信号のうち、映像信号として後で走査される行の第1の出力信号を、前記第1の出力信号と同じ行から前記第1の出力信号よりも遅れて出力される第2の出力信号に時間を合わせる同時化を行いかつ同時化後の前記第1の出力信号と前記第2の出力信号とを加算して出力する信号処理回路と
を備えたことを特徴とする撮像装置。
A solid-state imaging device for obtaining a plurality of output signals based on pixels of a plurality of rows having different accumulation times;
Of the plurality of output signals from the solid-state imaging device, a first output signal of a row to be scanned later as a video signal is delayed from the same row as the first output signal from the first output signal. A signal processing circuit for performing time synchronization with the output second output signal, and adding and outputting the first output signal and the second output signal after synchronization. A characteristic imaging apparatus.
前記信号処理回路は、前記第1,第2の出力信号の少なくとも第1の出力信号を、線形または非線形入出力特性を有して一定値以上の信号を当該一定値に置き換えるクリップ回路を通した後に加算することを特徴とする請求項記載の撮像装置。The signal processing circuit passes through at least a first output signal of the first and second output signals through a clip circuit that has a linear or non-linear input / output characteristic and replaces a signal of a certain value or more with the certain value. imaging device according to claim 1, wherein adding later.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2008078493A1 (en) 2006-12-27 2008-07-03 Sony Corporation Solid-state imaging device, method for driving solid-state imaging device, and imaging device
US9179073B2 (en) 2011-04-06 2015-11-03 Sony Corporation Solid-state image sensor and driving method using gain to set ADC and grayscale outputs

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE69628187D1 (en) 1995-11-07 2003-06-18 California Inst Of Techn IMAGE SENSOR WITH LINEAR OUTPUT WITH LARGE DYNAMIC RANGE
JP3657780B2 (en) 1998-06-30 2005-06-08 株式会社東芝 Imaging device
US6486504B1 (en) * 1999-10-26 2002-11-26 Eastman Kodak Company CMOS image sensor with extended dynamic range
TW565684B (en) * 2001-02-14 2003-12-11 Honda Motor Co Ltd Welding state monitoring device
JP4268492B2 (en) * 2003-10-02 2009-05-27 浜松ホトニクス株式会社 Photodetector
KR100855957B1 (en) * 2004-02-09 2008-09-02 삼성전자주식회사 Solid-state image sensor and its driving method for compensating the brightness of the periphery of the screen
JP4485371B2 (en) 2005-01-06 2010-06-23 パナソニック株式会社 Solid-state imaging device
CN1956490B (en) * 2005-10-28 2012-06-20 索尼株式会社 Solid-state imaging device, method of driving solid-state imaging device, and imaging device

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2008078493A1 (en) 2006-12-27 2008-07-03 Sony Corporation Solid-state imaging device, method for driving solid-state imaging device, and imaging device
US8089530B2 (en) 2006-12-27 2012-01-03 Sony Corporation Solid-state image pickup apparatus, drive method for the solid-state image pickup apparatus, and image pickup apparatus
US9179073B2 (en) 2011-04-06 2015-11-03 Sony Corporation Solid-state image sensor and driving method using gain to set ADC and grayscale outputs

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